子長縣紅石峁水庫泄洪洞裂縫成因分析

雷 慶 張 雁 趙小寧

（陜西水環境工程勘測設計研究院 陜西 西安 710018）

1 泄洪洞工程概況

泄洪洞位于大壩右岸，洞線從右岸山梁穿過布置成一條直線，泄洪洞主要由進口段、塔身段、洞身段和出口段四部分組成，全長437.5m。泄洪洞洞身全長384m，圓拱直墻型，斷面尺寸4.5m×5.8m，采用C30鋼筋混凝土襯砌，厚度0.6m～0.8m。0+010m～0+130m即壩基帷幕灌漿線后15m襯砌厚度為0.8m，0+130m～0+315m洞身段直墻、頂拱襯砌厚度均為0.6m，底板襯砌厚度為0.8m，在0+315處隧洞比降由1∶50變為 1∶8.0，0+315～0+384段襯砌厚度均為0.8m。洞身鋼筋采用雙層鋼筋網片，主受力筋為φ22，構造筋采用φ12，鋼筋間距200。

洞線表層覆蓋主要為Q3eol黃土，厚度5m～55m，進出口基巖出露，洞線主要穿越巖性為T3w及J2y2砂、泥巖，強風化厚度3m～5m，較破碎；弱風化巖體較為完整。

泄0+000段～泄0+040段及泄洪洞出口泄0+315段～泄0+384段地質條件較差，圍巖覆蓋厚度較薄，泄0+040段～泄0+220段洞身為泥巖夾層，初步確定在0+010～0+220和0+315～0+344段采用20a工字鋼支撐進行支護。洞身全段采用10cm厚C25砼噴錨支護，洞身頂拱部位設置系統。

0+010 m～0+130m即壩基帷幕灌漿線后15m和0+315以后襯砌厚度為0.8m，0+130m～0+315m洞身段直墻、頂拱襯砌厚度均為0.6m，底板襯砌厚度為0.8m。0+010～0+220和0+315～0+344段采用20a工字鋼支撐進行支護，其余段采用錨噴支護。0+130之后洞頂設置排水孔，采用全斷面固結灌漿，頂拱120°進行回填灌漿?；靥罟酀{采用水泥砂漿，灌漿壓力0.4MPa，固結灌漿采用水泥漿。

泄洪洞0+300之前每隔10m設置一條環向變形縫，0+300～0+315每隔7.5m設置一條環向變形縫，0+315～0+324設置一條環向變形縫，0+324～0+384每隔10m設置一條環向變形縫。

2 泄洪洞洞身裂縫情況統計

在2014年11月18日業主組織管理人員對泄洪洞進行檢查時發現洞內有裂縫。12月8日采用鋼尺對裂縫進行測量和統計，當時洞內溫度為-3℃，發現裂縫共計44條，37個澆筑段除1和34澆筑段沒有裂縫外，其余基本每個澆筑段均有裂縫，其中 7、8、12、16、18、20、22、27和 29這 9個澆筑段2條裂縫。裂縫一般發生澆筑段4m～6m的位置，縫寬0.1mm～1.8mm不等，形狀除單側裂縫6條和雙側裂縫4條以外，其余均為環向裂縫。

在發現裂縫后，組織人員對裂縫進行前后3次對比觀測，各測觀測結果及對比情況詳見下表1。

3 泄洪洞施工情況簡介

泄洪洞施工從2011年11月開始至2012年末結束。洞身開挖從進、出口向中間進行，從2011年11月開始，2012年3月底全部貫通。洞身襯砌由0+010～0+307.5依次施工，從6月21日開始，9月14日結束，基本每隔3天進行澆筑；0+361.06～0+307.5從10月1日開始，11月1日結束；最后在11月13日進行0+000～0+010段澆筑。

表1 各次裂縫觀測結果對比表

表2 施工時間與裂縫情況對比表

根據泄洪洞地質編錄情況進行統計，該泄洪洞施工時超挖情況較為嚴重，平均超挖30.9%，其中進出口段（0+175上游和0+310下游）超挖比較嚴重，一般為35%以上，中間段相對來說超挖比較少，一般為20%左右，0+240～0+270超挖控制在5%左右。

根據泄洪洞灌漿資料顯示，泄洪洞固結灌漿從2013年4月22日開始至6月4日結束，共計歷時1.5個月。灌漿壓力為0.4Mpa，漿液水泥配合比0.3kg/L，其持漿量根據固結灌漿的長度和范圍差異較大，一般情況下進出口段持漿量較大，中間段較少。根據孔序不同，一般二期孔持漿量少?；靥罟酀{從2013年4月2日開始至4月19日結束，共計歷時18天。灌漿壓力為0.4Mpa，漿液水泥配合比1kg/L，其持漿量根據固結灌漿的長度和范圍差異較大。

4 裂縫成因分析

4.1 裂縫與施工時間的關系

根據施工單位提供每個澆筑段的施工日期進行對比，詳見表2。

從表上可以看出，裂縫多發生在7、8、9三個月，且這幾個月裂縫寬度與條數明顯大于其他幾個月。因此可以看出泄洪洞裂縫與施工時間有關系，且隨著溫度變化裂縫寬度也發生變化。

施工時平均溫度約為20℃左右，加之混凝土澆筑過程中水化熱溫度，造成混凝土澆筑完成后內部溫度較高，而在冬季，洞內溫度達到零度以下，澆筑時與冬季溫差大于30℃。在設計時，洞身結構計算采用斷面法計算，未考慮縱向溫度應力變化，加之施工時未進行溫度控制措施，因此溫度應力是造成泄洪洞裂縫的主要因素。

4.2 裂縫與地質的關系

根據施工階段地質編錄資料，整個泄洪洞按照基巖等級共分為四段，0+000～0+014進口段為基巖斜坡可直接開挖。洞室圍巖強風化砂巖夾泥巖，屬極不穩定Ⅴ類圍巖；0+014～0+080洞身段，洞頂侏羅系弱風化泥巖夾砂巖，屬極不穩定Ⅳ類圍巖；0+080～0+270洞身段，洞頂及洞身為侏羅系弱風化泥巖，巖體較完整，屬極不穩定Ⅳ類圍巖，；0+270m～0+340m洞出口段，洞頂及洞身為侏羅系弱風化泥巖、砂巖互層，圍巖厚4m～11m,巖體較完整，；0+340～0+384洞身明挖段，基礎位于弱風化泥巖及砂巖之上，開挖坡比1∶0.75。

洞身為Ⅳ類砂巖，有7塊，其中裂縫9條，平均每塊1.3條；洞身為Ⅳ類泥巖，有19塊，裂縫25條，平均每塊1.3條；洞身為Ⅳ類砂巖、泥巖互層，有7塊，裂縫8條，平均每塊1.1條，明挖段4塊，裂縫2條，裂縫較小。從以上可以看出，裂縫與施工方式有關，與地質情況有一定關系。

4.3 裂縫與施工工藝和原材料關系

隧洞裂縫原因采用泵送混凝土，其水灰比比較大，容易產生混凝土干縮裂縫，加之襯砌完成后未及時進行回填灌漿，混凝土干縮時無基巖進行約束，因此易造成混凝土拉裂。

根據施工單位提供的8份施工過程的混凝土試件抗壓試驗成果來看，其抗壓指標均滿足設計要求。施工單位提供了C30混凝土的配合比和抗凍試驗報告。目前缺少施工實際配合比資料和其他試驗成果資料。泄洪洞裂縫可能與原材料有關系。

泄洪洞混凝土澆筑在2012年6月～11月進行，固結灌漿和回填灌漿在2013年4月～6月進行，時間相隔5個月至1年時間，時間相差較大，其裂縫原因與支護后為及時灌漿有一定關系。

4.4 設計分縫原因

在設計中按照規范設計分縫一般采用10m，在32、33兩個澆筑段中分縫采用7m，在此兩個澆筑段中均存在環向縫（37-1、37-2），與10m分縫相同，因此泄洪洞裂縫與設計分縫10m太長關系不大。

4.5 同類工程類比

經過調查，在目前已成的與該水庫地質條件相近、施工工藝相同的陜北幾座水庫的泄洪洞和輸水隧洞也出現裂縫問題，經過調查裂縫的發生由溫度應力、水泥用量偏大和后期養護不及時等多種綜合因素造成。

5 紅石峁水庫泄洪洞裂縫成因分析結果

由于泄洪洞裂縫發生的比較有規律，一般發生在每個澆筑塊的4m～6m位置，僅有極少數發生在3.5m～3.7m位置，因此本次分析任務可以排除操作誤差和個性問題的可能性。

通過以上分析認為，泄洪洞裂縫成因可能主要有以下幾個方面因素：

1）裂縫與混凝土澆筑時段有關，夏季施工裂縫較多，冬季施工裂縫較少；溫度應力是造成泄洪洞裂縫的主要因素。

2）地質原因有可能造成洞身裂縫；

3）隧洞裂縫可能與原材料有關；

4）裂縫的發生由溫度應力、水泥用量偏大和后期養護不及時等多種綜合因素有關。陜西水利